基于温敏变色材料的防疫产品设计与趋势研究

夏骄阳， 卜圆超

（1.上海礼卿文化传播有限公司，上海 201101；2.中机生产力促进中心有限公司，北京 100044）

0 引言

中国在 《中国制造2025》、《国民经济和社会发展第十四个五年规划纲要》 等国家级引领性文件中提出未来我国材料产业将重点发展智能材料、高端新材料。放眼全球，各国在智能材料方向的发展规划目标不尽相同，美国重点发展新能源、 生物与医药方向； 欧盟重点发展催化剂、光学与电光方向；俄罗斯重点发展航空航天、能源与化工方向。 虽然发展重点领域各不相同， 但是智能材料作为全球“第四次工业革命（工业4.0）”的技术高地，各国不断出台相关政策支持智能材料的发展。

智能材料（Intelligent material），是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料，主要分为四大类：基体材料、敏感材料、驱动材料和其他功能材料。 而作为感知物理量（热力）的微小变化，并能够根据变化量呈现出明显特征变化的温敏变色材料， 在生活场景中应用最为广泛，技术最为成熟。

1 温敏变色材料的概述及特征

温敏变色材料是指利用所处环境温度的差异变化，达到物理特性（颜色）的改变，基本颜色包括：大红、玫红、金黄、拿坡里黄、草绿、墨绿、宝蓝、深蓝等。 第一个成功的商业应用始于20 世纪60 年代，美国的Corning 工作室的两位材料学家Amistead 和Stooky 首先发现了含卤化银（AgX）玻璃的可逆光致变色性能。在随后的时间内各国开发了大量包含聚合物、液晶、有机和无机在内的多种温敏变色材料，具体分类见表1。

表1 温敏变色材料分类和应用

2 温感变色材料的发展趋势及应用

新一代技术和材料应用步伐加快： 随着应用产品要求的不断提高，对于技术和材料的要求也越来越高，各种新型微胶囊技术、变色染料、显色剂和溶剂的应用日益广泛。新一代微胶囊技术的研发与应用，能够有效将温变粉的平均粒径控制在为3±1μm，可作用于油墨、涂料、注塑等多个领域，也可依据客户需求，定制有色变有色产品，温度区间从18°-50°。推动温敏变色材料向变色灵敏度且抗（热）疲劳性强的方向发展。

专利分析：通过专利查询可知，目前全球共有11961条智能材料有效专利。 温敏变色材料产业领域的主要专利情况见图1、图2。

图1 全球温敏变色材料专利主要企业

图2 全球温敏变色材料专利主要国家申请趋势

可见， 目前全球温敏变色材料相关专利的申请国家主要有中国、美国、日本、土耳其等。 1994 年和2003 年中国首次在温敏变色领域展开研究， 随着我国相关技术的进步，2019 年，中国的温敏变色材料专利申请数量首次突破达到50 例。

从图3 可知， 目前温敏变色产业的主要技术热点集中于：①水凝胶、中性墨气凝胶、隔热保温染料；②防紫外线， 粘合剂，乳液，光学，木材；③壁纸， 着色剂，层状结构显色剂； ④中空，纺丝， 调光，电缆， 零冷水；⑤检 测 装 置， 核酸， 样品溶液，层析试纸等领域。主要应用领域集中于注塑行业、变色透明膜、包装印刷、彩妆配饰、生活家居、服装鞋帽等。

图3 温敏变色材料专利地图

3 温敏变色材料在防疫产品中的应用意义

“防疫”一词可被理解为防控、阻绝、消灭传染病毒的统称， 我们常见的防疫措施可大致分成为日常性的防疫与疫情后的预防，其中涵盖检疫、普查、管控感染源，以及后续疫苗的接种等等防疫举措。

目前的防疫产品，如医用防护口罩、医用防护服、医用隔离面罩、急救包、护目镜、一次性手套等等，其常见材料为：无纺布、非织造布、PVC、PE 等常规工业材料，能够满足疫情之下对于防疫物资产品基本的防护性、舒适性、安全性、以及优良的物理机械性能。

在疫情趋于常态化的当下， 防疫物资产品也逐渐成为了生活必需品， 对于防疫物资产品的需求也在随之不断细化。笔者认为，在未来智能材料如温敏变色材料对防疫产品的介入与应用具备以下几点优势：

（1）温敏变色材料在提高防疫效率上的可能性。温敏变色材料可以在使用或穿着防疫产品的无意识状态下对体温进行感知，并根据温度的变化量，相应地在材料表面呈现显著的色彩变化，对于日常的体温检测，亦或是对患者体温异常的粗筛与快速研判， 进而辅助提升防疫工作效率，在应用领域都具备极大的潜力。

（2）温敏变色材料在防疫产品中的“软性要素”需求。进入2022 年以来，随着新冠肺炎病毒“奥密克戎”毒株的变异， 导致我国以上海为首的各大一线城市数以千万计的居民，进入了长达数周乃至数月的静态管理状态。

在严峻的疫情防控措施下， 防疫产品设计则更需要满足形式与功能的基础上， 兼顾到隔离群体的心理特征与情感需求。 情感化设计的核心在于满足消费者更深层次的情感和心理需求，设计目标为实现产品形态、操作包括产品特质的情感化。 当前传统防疫产品的设计偏重功能导向，只关注产品与材料的机械性能等“硬性标准”，而缺少在用户侧对于颜色、产品外观、使用方式等“软性要素”考量，而温敏变色材料所独具的新颖的视觉效果、良好的交互性与趣味性， 以及对产品使用方式一定程度的简化，可以在满足防疫产品形式与功能的同时，兼顾用户对防疫产品的情感趋向，以达成愉悦、轻松的情感反馈。在防疫产品中情感化要素的体现， 也将成为疫情常态化的大背景下，未来防疫产品设计优劣的衡量标准。

（3）智能材料在制造领域的应用语境创新探索。在新型材料的开发与其在设计领域的应用， 现行的实践方法主要为：”以材料为主导的设计（Design for Materials）“与MADEC 研究中心提出的 “设计驱动式材料创新（DdMIM）”，两者从供、需角度互为补充，而智能材料的革新所带来的，对于新兴应用语境的创新探索，从供、需两侧都成为接下来亟需探索的目标。

但我们仍需注意到的是， 智能材料由于其自身复杂的制造工艺与相较传统工业材料较高的生产成本， 目前尚未被广泛应用在商业生产当中。因此，本次研究以防疫产品的设计开发为例， 围绕以温敏变色材料为代表的智能材料的创新性应用，提供良好的便利性，为智能材料在日常生活语境下的下沉式应用提供借鉴。

4 温敏变色材料在防疫产品设计中的应用思路

（1）防疫产品的功能性与体验性目标。当下常见的测量方式为以额温枪为主的红外线体温计， 因额温极易受到例如环境温度、湿度，甚至头发、饰品此类遮挡物等因素的影响，导致温度显示出现较大波动，造成测量数据的偏差，从而无法及时准确地反映用户的体温异常情况。日本著名产品设计师深泽直人先生的“无意识设计”（Without Thought）理念中强调，产品设计应当深刻洞察并遵循用户的行为习惯，降低设计的学习成本和行为成本，从而提高用户的体验性。 现行的测温产品对于人们日常体温的检测行为手段过于冰冷与刻板，“测体温” 这一行为逐渐成为日常生活中的一个必需组成部分， 但测体温的动作、方法以及对相关产品设计仍旧需要大量学习、行为成本，与我们的日常习惯产生割裂。 因此，将防疫产品的功能性与体验性同时纳入考量维度， 将是今后防疫相关产品设计发展的趋势之一。

（2）温敏变色材料与防疫产品结合的应用构想。温敏变色材料对温度的高敏感度， 能够迅速通过颜色改变实现对体温信息的视觉化反馈的特性， 充分考量用户的生理、心理需求，尝试赋予测温产品以更日常化、符合用户行为习惯、降低学习、行为成本的设计形式，将温敏变色材料应用于测量体温的防疫产品当中。

5 温敏变色材料在防疫产品设计中的应用实践

此外， 温敏变色材料所具备独特的可变特性所带来的交互潜能， 在设计实践中可以完成对温度信息的可视化传递，实现产品-人、人-产品-人之间的“信息流”传递。图4 为笔者在2022 年的设计案例《！ 》中，将温敏变色材料应用于腋温测试的温度计的设计。 在医学上将腋温≥37.5℃定义为发热，因此将有机可逆类温敏变色涂料的变色温度定制在37.5℃， 用户在测温过程中将测温端放置在腋下10s，若产品仍旧呈现白色或者浅红色，则表示体温正常，若产品测温端呈现大红色，则表示用户体温高于37.5℃，有发热体征。 另外在手持端，设计有“37.5℃”与内含“！”字符的大红色圆形图标，意在通过发热温度与警示颜色的关联性表示，对用户的测试结果进行提示。温度计的造形思路，在增大测温端与手持端直径，以便于用户的操作中更容易抓握的基础上， 沿用传统水银温度计的整体尺寸、形态、使用方式，遵循大众用户对“测温行为”的习惯性记忆，降低用户对于产品形态的陌生感，进而带来的在操作方法上伴随的学习成本，使用户能够将关注点完全围绕于对新型材料的感知，而这一点也与深泽直人先生的“无意识设计”（Without Thought）理念不谋而合。

图4 应用案例展示

唐纳德·诺曼曾在 《Emotional Design：Why We Love Everyday Things》一书中，提出将人的情感需求分为三个层次：本能层次、行为层次和反思层次，而情感化设计方法则需要设计者能够从以上三个层面准确洞察并匹配用户需求，在满足对产品功能诉求的前提下，充分照顾用户可能出现的情绪，即充分尊重用户从对产品的第一印象，到使用过程的情绪反馈， 再到使用结束后对产品的反思评判。 将情感化设计的方法论介入到温敏变色材料在防疫产品中的具体实践应用中来，简而言之，可归纳为通过对“信息流”的创新性、趣味化呈现，将用户对防疫行为及相关产品的回避心理，转化为对新型材料的使用情趣，以情感化设计理论为支撑， 为温敏变色材料的设计思路和应用语境起到探索意义。

6 结束语

在工业4.0 时代的驱动下， 技术带来的创新势能极其可观。 本文聚焦于温敏变色材料的宏观发展趋势和微观应用实例，基于该材料的可变属性与交互潜能，探讨其在防疫产品中对防疫效率、防疫产品用户的情感化需求、以及在智能材料的新应用语境等侧面的研究意义。此外，本次研究尝试在材料驱动的产品革新中，纳入“人”这一考量维度，为智能材料在产品设计语境下的实际应用提供新视角。 笔者认为，在产品设计中材料的革新不应脱离人的感知而独立存在，因此，温敏变色材料在未来的应用也应当逐步从满足基本的功能需求导向，转向兼顾用户的心理需求导向， 而这种基于人本主义对情感化需求的洞察，也意味着我国从制造大国向制造强国的转变的缩影。